TR201704220A2 - (NH4)2NaScF6 formundaki skandiyum bileşiğinden elde edilen ScF3 bileşiğine, CaCl2 ve/veya MgCl2 bileşiklerinin ilavesiyle oluşturulan, skandiyum tuz karışımlarından elektroliz yöntemi vasıtasıyla skandiyum metali ve Al-Sc alaşımlarının üretim metodu - Google Patents

Abstract

Buluş, başlangıç olarak (NH4)2NaScF6 formundaki skandiyum bileşiğinin HCl ile sulu ortamda reaksiyona sokulup, bünyesindeki (NH4) ve Na?un Cl ile birlikte uzaklaştırılmasıyla elde edilen ScF3 bileşiğinin erime sıcaklığını düşürmek üzere CaCl2 ve/veya MgCl2 tuzu ilave edilmesiyle oluşan skandiyum tuz karışımlarından, ergimiş tuz elektrolizi ya da elektroliz yöntemi vasıtasıyla, saf olarak ya da alaşım halinde skandiyum metali üretim metodu ile ilgilidir. Şekil 1 ve 2

Description

TARIFNAME (NH4)2NaScFs formundaki skandiyum bilesiginden elde edilen ScF3 bilesigine, CaClz velveya MgClz bilesiklerinin ilavesiyle olusturulan, skandiyum tuz karisimlarindan elektroliz yontemi vasitasiyla skandiyum metali ve AI-Sc alasimlarinin üretim metodu Teknik Alan Bulus, baslangiç olarak (NH4)2NaScFe formundaki skandiyum bilesiginin HCI ile sulu ortamda reaksiyona sokulup, bünyesindeki (NH4) ve Na'un CI ile birlikte uzaklastirilmasiyla elde edilen SCF3 bilesiginin erime sicakligini düsürmek üzere CaCI2 velveya MgCI2 tuzu ilave edilmesiyle olusan ScFs-CaCIz, Sch-MgCIz ya da ScF3-CaCl2-MgCI2 tuz karisimlarindan, ergimis tuz elektrolizi ya da elektroliz yöntemi vasitasiyla, saf olarak ya da alasim halinde skandiyum metali üretim metodu ile ilgilidir.

Teknigin Bilinen Durumu Skandiyum metali, periyodik tablonun BB grubunda bulunan geçis metallerinden ve nadir toprak elementleri olarak adlandirilip dogada ender olarak zenginlesen elementlerden birisidir. Dogada ekonomik olarak isletilebilecek zenginlikte cevherlerin çok nadir olusu, bu metalin üretimi ve çesitli sektörlerde kullanimi önünde büyük engel teskil etmistir. Bu güne kadar uranyum, kalay, demir, tungsten, tantal, zirkonyum, titanyum ve diger nadir toprak elementlerinin ekonomik olarak isletildigi cevherlerde 100,den fazla mineral içerisinde eser miktarlarda bulundugu tespit edilmis olup, bu metallerin üretimi sirasinda yan ürün olarak elde edilegelmistir. Bunun disinda son zamanlarda Iateritik tipteki nikel-kobalt cevherlerindeki önemli miktarda skandiyum elementinin varligi, bu kaynaklarin isletilmesi sirasinda skandiyumun da yan ürün olarak elde edilebilme potansiyelini gündeme getirmis ve bu konuda son zamanlarda çok sayida çalisma baslatilmistir. Bu çalismalardan biri “Meta Nikel Kobalt Madencilik Sanayi ve Ticaret Anonim Sirketi' ne ait olan TR201308682 yayin numarali altinda asitle Iiç edilmesi ve skandiyumun metallerle yüklü Iiç çözeltisinden ve saflastirma çökeltilerinden kazanimi' baslikli patent basvurusudur. Bir digeri ise; yine 'Meta Nikel Kobalt Madencilik Sanayi ve Ticaret Anonim Sirketi' ne ait olan 'Nikel, kobalt ve skandiyum içeren metallerle yüklü Iiç çözeltisinden skandiyum ve türevlerinin kazanimi' baslikli patent basvurusudur. Söz konusu basvurular, Iateritik tipteki nikel-kobalt cevherlerinde bulunan skandiyumun kazanimi ile ilgilidir.

Bunlardan bir digeri ise; U83111467 yayin numarali U8 basvurusudur. Söz konusu basvuruda, elektroliz isleminin gerçeklesebilmesi için saf NaF, 80F3 ve 80203 tuzlari gerekmektedir. Oncelikle NaF ve 80F3 tuzlari karistirilarak 800 cC*de eritilmekte, ardindan 80203 tuzu bu eriyik içerinde çözündürülmektedir.

Skandiyum elementinin en önemli kullanim alanlarindan birisi; yüksek mukavemet, korozyon dayanimi ve kaynaklanabilme özelligi gerektiren uygulamalarda, alüminyum içerisine % 0,2- 0,8 oraninda skandiyum ilavesiyle elde edilen alüminyum-skandiyum alasimlaridir. Bu alasimlar genellikle saf skandiyum metalinin ya da % 1-20 skandiyum içeren mastir alasimlarinin erimis alüminyum metaline ilavesiyle elde edilmektedir. 8af skandiyum metalinin eldesinde kullanilan yöntemlerden bir tanesi saf 80203 bilesiginin gaz fazindaki kalsiyum metali ile yüksek sicaklikta metallotermik olarak indirgenmesine dayanmaktadir. Ancak, 80203 bilesiginin indirgenme sirasinda son derece kararli bir bilesik olmasi nedeniyle indirgenme islemi tam olmamakta, bu islem sirasinda bir miktar skandiyum metali Ca80204 formunda kaybedilmektedir.

Saf skandiyum metali eldesinde kullanilan yöntemlerden bir digeri ise, 80203 bilesiginin yüksek sicaklikta HF gazi ile görece daha az kararli 80F3 formuna dönüstürülerek kalsiyum metali ile yüksek sicaklikta metallotermik olarak indirgenmesi islemidir. Ancak, 80203 bilesiginin 80F3 formuna dönüstürülmesi sirasinda kullanilan HF gazi çevresel olarak son derece zararli ve korozif bir bilesik olup, teknik olarak prosesi son derece zorlu kilmaktadir.

Reaksiyon sonunda skandiyum metali ile birlikte CaF2 bilesigi de olusmakta, elde edilen skandiyumun bu bilesikten ayristirilma problemi meydana gelmektedir. Ayrica; uygulanan islem sirasinda indirgenme isleminin gerçeklestigi tantal potalardan ve reaksiyon sirasinda kullanilan kalsiyum metalinden kaynakli olarak safsizlik problemleri olusmakta, bu safsizliklarin giderilmesi için kullanilan vakum distilasyon yöntemi prosese ek isletim maliyetleri getirmektedir. Bahsedilen bu problemleri gidermek amaciyla; saf 80203 ya da 80F3 bilesiginin, kalsiyum metali ile indirgenme isleminin alüminyum metali esliginde yapilmasi önerilmis, böylece saf skandiyum metali elde etmek yerine, skandiyumun alüminyum alasimi seklinde kazanimi önerilmistir. Bu islem sirasinda metalik hale indirgenen skandiyum metalinin eriyik haldeki alüminyum metali içerisinde çözünmesiyle indirgeme isleminin daha kolay ve verimli hale geldigi savunulmustur.

Ancak; yüksek sicakliklarda yapilan indirgeme islemi sirasinda tantal potalardan ve kalsiyum metalinden kaynaklanan safsizlik problemleri, baslangiç bilesigi olarak saf 80203 bilesiginin kullanildigi proseslerde AI4Ca fazinin olusumu, baslangiç bilesigi olarak saf 80F3 bilesiginin kullanildigi proseslerde ise HF gazinin kullanilma zorunlulugu, bu islemler sirasinda hala giderilmesi gereken teknik problemler olarak karsimizda durmaktadir.

Kalsiyum metali ile yüksek sicakliklarda gerçeklestirilen metallotermik indirgeme yöntemlerindeki problemlerden kurtulabilmek amaciyla alternatif olarak ergimis tuz elektrolizi yöntemi ile skandiyum metalinin elde edilebilecegi `öne sürülmüst'ür [1]. Ergimis tuz yöntemindeki temel prensip; eldesi istenen metalin bagli bulundugu bilesigin uygun bir tuz karisimi içerisinde yüksek sicaklikta iyonlarina ayristirilarak çözünmesi saglamak, bu sirada yüksek sicakliktaki ergimis tuz karisimina uygulanan elektrik akimi ile de seçimli olarak istenen elementin indirgenerek katotta toplanmasini saglamaktir. Bu islem sirasinda kullanilabilecek tuzlar flor'ur, klor'ur, brom'ür ve iyodL'ir tuzlari olup, bunlar içerisinden en çok tercih edilenleri flor'ür ve klorür tuzlari ve bu tuzlarin karisimlari olagelmistir [2]. Klor'ür ve flor'ur içeren ergimis tuzlar kendi aralarinda karsilastirildiginda ise flor'ür içeren tuzlar; yüksek sicakliklarda daha kararli oluslari, klorürlerde görülen nem kapma probleminin olmayisi (higroskopik olmayisi) ve yüksek akim verimlilikleri nedeniyle daha çok tercih edilmektedir Sonuç olarak yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle, skandiyum metali üretim metodu ile ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli kilinmistir.

Bulusun Amaci Mevcut bulus, yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren (NH4)2NaScFe formundaki skandiyum bilesiginden elde edilen ScFs bilesigine, CaCI2 ve/veya MgCI2 bilesiklerinin ilavesiyle olusturulan, skandiyum tuz karisimlarindan elektroliz yöntemi vasitasiyla skandiyum metali ve AI-Sc alasimlarinin üretim metodu ile ilgilidir.

Bulusun 'Öncelikli amaci, saf skandiyum metalinin 'uretimi, % O,2-O,8 oraninda skandiyum içeren alüminyum-skandiyum alasimlarinin dogrudan eldesi ve % 1-20 oraninda skandiyum içeren alüminyum-skandiyum mastir alasimlarinin üretimidir.

Bulusun bir amaci; metallotermik indirgeme yönteminin getirmis oldugu teknik problemleri ortadan kaldirmak üzere, ergimis tuz yöntemi ile skandiyum metalinin üretimidir. Bunu saglamak üzere; flor'ür-klorür içeren tuzlar elde edilmesidir.

Bulusun bir amaci, kalsinasyon islemi yapmadan, (NH4)2NaScFe> baslangiç hammaddesinin HCI ile sulu ortamda reaksiyona sokulup, bünyesindeki (NH4) ve Na'un CI ile birlikte uzaklastirilmasiyla elde edilen SCF3 bilesigine, CaCI2 ve/veya MgCI2 ilavesi ile, elektroliz yönteminde kullanilmak üzere, Sch-CaCIz, Sch-MgClz veya ScFs-CaCIz-MgCIz tuz karisimlarindan, elde edilmesidir.

Bulusun bir diger amaci, yüksek erime sicakligina sahip olan ScFa'ün ( içerisine, erime sicakligini düsürmek üzere CaCI2 ve/veya MgCl2 ilavesi edilmesidir. Bunun nedeni; ergimis tuz elektrolizi sirasinda kullanilan tuzlarin, proses esnasinda, eriyik fazda bulunmalari gerekliligidir. Bundan dolayi, elde edilen tuz karisiminin erime sicakliginin görece düsük olmasi istenir. Böylece agirlikça 1 birim 8ch ile agirlikça 15 birim CaCI2 ve/veya MgCI2 tuz karisimi isitilmis ve ~8OO cC gibi görece dü sük bir sicaklikta eriyik halde bulundugu tespit edilmistir.

Bulusun bir benzer amaci, birden fazla yüksek safliktaki tuzlarin karistirilmasini önlemektir.

Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için, saf skandiyum metali üretim metodu olup, özelligi; a) (NH4)2NaScFe formundaki skandiyum bilesiginden, ScFs bilesigi elde edilmesi, b) elde edilen ScFs bilesigine, erime sicakligini düsürmek üzere, CaCI2 ve/veya MgCI2 ilave edilmesi sonucu, skandiyum tuz karisimlarinin elde edilmesi, c) elde edilen skandiyum tuz karisimlarinin, ergimis tuz elektrolizi yöntemi ile elektroliz islemine tabi tutulmasi, islem adimlarini ihtiva etmektedir.

Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekillere atiflar yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.

Bulusun Anlasilmasina Yardimci Olacak Sekiller Sekil 1: Saf skandiyum metali elde etmek için kullanilan hücre sistemi görünümü Sekil 2: Alüminyum -skandiyum alasimi eldesi için kullanilan hücre sistemi görünümü Sekil 3: (NH4)2NaScFe bilesiginin 95 cC'de 4 M HCI ile 2 saat reaksiyonu sonrasi elde edilen Sch'ün XRD grafigi Sekil 4: Elektroliz sonucu elde edilen AI-Sc alasiminin XRD grafigi Sekil 5: Elektroliz sonucu elde edilen AI-Sc alasiminin optik mikroskop görüntüsü (X190 büyütme) Sekil 6: Elektroliz sonucu elde edilen AI-Sc alasiminin elektron mikroskobu görüntüsü (x1300 büyütme) ve Al ile Algsc fazlarinin mikro-sertlik degerleri ölçümü Çizimlerin mutlaka ölçeklendirilmesi gerekmemektedir ve mevcut bulusu anlamak için gerekli olmayan detaylar ihmal edilmis olabilmektedir. Bundan baska, en azindan büyük ölçüde özdes olan veya en azindan büyük ölçüde özdes islevleri olan elemanlar, ayni numara ile gösterilmektedir.

Bulusun Detayli Açiklamasi Bu detayli açiklamada, bulus konusu (NH4)2NaScFe formundaki skandiyum bilesiginden elde edilen SCF3 bilesigine, CaCI2 ve/veya MgCI2 bilesiklerinin ilavesiyle olusturulan, skandiyum tuz karisimlarindan elektroliz yöntemi vasitasiyla skandiyum metali ve AI-Sc alasimlarinin üretim metodunun tercih edilen yapilanmalari, sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak sekilde açiklanmaktadir.

Bulus, saf ya da alasim halinde skandiyum metali üretim metodunu konu almaktadir. Bulus konusu skandiyum üretim metodu üç asamadan olusmaktadir. Ilk asamada; baslangiç olarak (NH4)2NaScF6 formundaki skandiyum bilesiginin, HCI ile sulu ortamda reaksiyona sokulup, bünyesindeki (NH4) ve Naiun CI ile birlikte uzaklastirilmasiyla Sch bilesigi elde edilmesidir.

Ikinci asamada; yüksek erime sicakligina sahip olan ScF3'ün (1552 C) içerisine, erime sicakligini düsürmek üzere CaCI2 ve/veya MgCI2 ilavesi edilmesi sonucu Sch-CaCIz, ScFs- MgCI2 veya ScFs-CaCIz-MgCIz skandiyum tuz karisimlarinin elde edilmesidir. ScFsiün ( içerisine, CaCI2 ve/veya MgCI2 ilave edilme nedeni; ergimis tuz elektrolizi sirasinda kullanilan tuzlarin, proses esnasinda, eriyik fazda bulunmalari gerekliligidir. Bundan dolayi, elde edilen tuz karisiminin erime sicakliginin görece düsük olmasi istenir. Böylece agirlikça 1 birim ScFa ile agirlikça 15 birim CaCI2 ve/veya MgCI2 tuz karisimi isitilmis ve ~8OO °C gibi görece düsük bir sicaklikta eriyik halde bulundugu tespit edilmistir. Üçüncü asama ise; ScFa- CaCIz, ScFa-MgCIz veya ScFa-CaCIz-MgCIz florür-klorür tuz karisimlarinin, saf skandiyum metali elde edilmesi için, ergimis tuz elektroliz yönteminde kullanilmasidir.

Bulus konusu (NH4)2NaScF6 formundaki skandiyum bilesigi, 2-6 M HCI çözeltisi ile (tercihen sokulmaktadir.

Sekil 1'de saf skandiyum metali eldesi için kullanilan hücre sistemi bulunmaktadir. Saf skandiyum metali eldesi için, birinci asamada elde edilen ScF3 bilesigine CaCI2 ve/veya MgCIz bilesikleri eklenerek, Sch-CaCIz, Sch-MgCIg veya ScF3-CaCI2-MgCI2 skandiyum tuz karisimi elektroliz hücresine beslenmektedir.

Ergimis tuz elektrolizi sirasinda kullanilan tuzlarin proses esnasinda eriyik fazda bulunmalari istenir. Bu nedenle elde edilen tuz karisiminin erime sicakliginin görece düsük olmasi istenir.

FlorürIü-klorürlü tuz karisiminin, 800 cC gibi görece düsük bir sicaklikta eriyik halde bulundugu tespit edilmistir. Bu nedenle, elektroliz sirasinda, elektroliz sicakligi, tuz karisiminin eriyik halde bulunacagi 800 cC'nin üzerine çikarilmalidir.

Bu sicakliklarin üzerinde Na, Ca, Mg, Sc, F ve Cl elementleri iyonik yapida genellikle Na*, Ca”, Mg”, Sc+3, F' ve CI_ formlarinda bulunmaktadir. Bu nedenle erimis haldeki bu karisima belirli bir potansiyelde anot-katot vasitasiyla elektrik akimi verildiginde pozitif yüklü Na*, Ca”, Mg”, Sc*3 iyonlari katot, negatif yüklü F_ ve CI" iyonlari ise anot tarafindan etkilenecektir.

Uygulanan potansiyel ile bu iyonlarin birbirine göre kararliliklarina bagli olarak anot ve katot bölgelerinde elektrokimyasal indirgenme ve yükseltgenme reaksiyonlari gözlenecektir.

Tercih edilen sicaklik Sch-CaCIz, ScFa-MgCIz veya ScFs-CaCIg-MgClz tuz karisiminin kompozisyonuna bagli olarak sivi faza geçtigi sicakligin 10-15 °C üzerinde seçilmelidir.

Devreye 2-8 volt araligindaki potansiyel farkta çalisacak sekilde elektrik akimi verilir.

Devreye uygulanacak olan akim yogunlugu tercihen 0.5-1.0 A/cm2 olacak sekilde sabit tutulmaya çalisilir. Uygulanan görece düsük potansiyel sayesinde Na*, Ca2+ ve Mg2+ iyonlarinin reaksiyona girmesi engellenir ve sadece Sc3+ iyonlarinin katotta indirgenerek elektroliz hücresi tabaninda metalik halde toplanmasi saglanir. O nedenle devreye uygulanacak potansiyel farkin 3 volt'u geçmeyecek sekilde ayarlanmasi Na, Ca ve Mg kirlenme problemini ortadan kaldiracaktir. Anotta ise gerçeklesen yükseltgenme reaksiyonlari sonucu F' ve CI' iyonlari grafik anot ile reaksiyona girerek çesitli floro-kloro karbon gazlari halinde hücreyi terk edecektir. Anotta çikan bu gazlar çevre açisindan istenmediginden dolayi çikan gazlar daha sonra toplanip zararsiz hale getirilebilir. Bu çalisma bu gazlarin bertarafini içermemektedir. Çikan bu gazlarin daha kolay bertaraf edilmesini istenirse grafit anot yerine flor-klor ile etkilesime girmeyecek daha kararli anot malzemeleri kullanilarak anotta sadece flor ve klor gazlari çikisi saglanabilir. Daha sonra çikan bu gazlar, gaz toplama ünitesi vasitasiyla daha kararli ve zararsiz rorür-klorür bilesiklerine çevrilebilir. Devrede indirgenme reaksiyonlari sonrasi flor-klor gazinin çikisi istenmedigi durumlarda ise sisteme toplam tuz banyosu içerisindeki agirlikça orani %10'u geçmeyecek sekilde 80203 bilesigi ilave edilerek bu bilesigin Sc+3 ve O'2 iyonlari halinde erimis tuz fazi içerisinde çözünmesi saglanabilir. O'2 iyonlarinin F' ve Cl' iyonlarina nazaran daha düsük potansiyellerde yükseltgenmesi nedeniyle devreye uygulanan potansiyel fark kontrol edilerek F' ve CI' iyonlarinin reaksiyona girmesi engellenebilir. Bu sayede grafit anottaki karbon ve oksijen reaksiyonlari sonrasi çevresel açidan bertarafi daha kolay karbon monoksit ve karbondioksit gazlarinin çikisi saglanabilir. Alternatif olarak anotta grafit yerine, oksijenle reaksiyona girmeyen daha kararli anot malzemelerinin kullanilmasiyla, anotta çevresel açidan soruna yol açmayan oksijen gazinin eldesi saglanabilir. Anot ve katottaki yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonlari sona erdiginde, eriyikteki Sc+3 iyonlari, tuz karisimindan ayristirilarak, elektroliz hücresi tabaninda saf skandiyum metali halinde toplanarak elde edilir.

Eger ergimis tuz yöntemi ile eldesi istenen ürün % O,2-O,8 oraninda skandiyum içeren alüminyum-skandiyum alasimi ya da % 1-20 oraninda skandiyum içeren alüminyum- skandiyum mastir alasimi ise; reaksiyon 'öncesi hücre dibine Sekil 2'de gösterildigi sekliyle saf alüminyum metali eklenir. Ardindan AI metali üzerine, kalsinasyon islemi sonrasi elde edilmis Sch-CaCIz, Sch-MgCIz ya da Sch-CaCIz-MgCIz tuz karisimi eklenir.

Daha sonra hücre alüminyum ve florür-klorürlü tuz karisiminin erimis halde bulanabilecegi sicakligin üzerine çikarilarak (tercihen her iki fazin sivi hale gelmesi saglanir.

Erime islemi tamamlandiginda yogunluk farklari nedeniyle elektroliz hücresi tabaninda sivi alüminyum, sivi alüminyumun üzerinde ise eriyik halde florürIü-klorürlü tuz karisimi bulunur.

Devreye 2-8 volt araligindaki potansiyel farkta çalisacak sekilde elektrik akimi verilebilir.

Tercihen 3 volt'u geçmeyecek sekilde uygulanan görece düsük potansiyel sayesinde Na*, Ca”, Mg2+ iyonlarinin reaksiyona girmesi engellenir ve sadece 803+ iyonlarinin katotta indirgenerek elektroliz hücresi tabaninda eriyik halde bulunan sivi alüminyum içerisinde çözünmesi saglanir. Anotta ise gerçeklesen yükseltgenme reaksiyonlari sonucu F' ve Cl' iyonlari grafik anot ile reaksiyona girerek çesitli floro-kloro karbon gazlari halinde hücreyi terk edecektir. Anotta çikan bu gazlar çevre açisindan istenmediginden dolayi çikan gazlar daha sonra toplanip zararsiz hale getirilebilir. Çikan bu gazlarin daha kolay bertaraf edilmesini istenirse grafit anot yerine ror ve klor ile etkilesime girmeyecek daha kararli anot malzemeleri kullanilarak anotta sadece flor ve klor gazi çikisi saglanabilir. Daha sonra çikan bu gazlar, gaz toplama ünitesi vasitasiyla daha kararli ve zararsiz florür-klorür bilesiklerine çevrilebilir.

Devrede indirgenme reaksiyonlari sonrasi flor ve klor gazinin çikisinin istenmedigi durumlarda, tuz karisimi içerisine agirlikça orani toplamda %10“ geçmeyecek sekilde 80203 ya da AI203 bilesikleri ilave edilerek skandiyum oksidin 80*3 ve 02 iyonlari halinde, alüminyum oksidin ise AI+3 ve O'2 iyonlari halinde erimis tuz fazi içerisinde çözünmesi saglanir. 0'2 iyonlarinin F' ve CI' iyonlarina nazaran daha düsük potansiyellerde yükseltgenmesi nedeniyle devreye uygulanan potansiyel fark kontrol edilerek F' ve CI' iyonlarinin reaksiyona girmesi engellenebilir. Bu sayede grafit anottaki karbon ve oksijen reaksiyonlari sonrasi çevresel açidan bertarafi daha kolay karbon monoksit ve karbondioksit gazlarinin çikisi saglanabilir. Alternatif olarak anotta grafit anot yerine oksijenle reaksiyona girmeyen daha kararli anot malzemelerinin kullanilmasiyla anotta çevresel açidan soruna yol açmayan oksijen gazinin eldesi saglanabilir. Hücreye uygulanan 2-8 voItIuk potansiyel fark araliginda ergimis tuz fazinda bulunan Sc+3 ve AI+3 iyonlari birlikte indirgenerek elektroliz hücresi tabaninda erimis halde bulunan alüminyum fazi içerisinde çözünür. Bu sekilde hücreye 2-8 volt potansiyelde elektrik akimi uygulayarak proses süresi istenilen skandiyum konsantrasyonuna kadar sürdürülürse; % 0,2-0,8 oraninda skandiyum içeren alüminyum- skandiyum alasimi ya da daha uzun elektroliz süreleriyle % 1-20 oraninda skandiyum içeren alüminyum-skandiyum mastir alasimlari elde edilebilir. Elektroliz islemi sonrasi elektroliz hücresi tabaninda sivi halde bulunan alüminyum-skandiyum alasimi yine sivi halde bulunan eriyik florürIü-klorürlü tuz fazindan ayristirilarak alüminyum-skandiyum alasimi elde edilir.

REFERANSLAR . Xiao Y. Yan and D.J. Fray, Molten salt electrolysis for sustainable metals extraction and materials processing - A review, in Electrolysis: Theory, Types and Applications, . Zhu, H., Rare Earth Metal Production by Molten Salt Electrolysis, in Encyclopedia of Applied Electrochemistry, G. Kreysa, K.-i. Ota, and R. Savinell, Editors. 2014, Springer New York. p. 1765-1772.

. Yuriy Shtefanyuk, et al. Production of AI-Sc alloy by electrolysis of cryolite-scandium oxide melts. in TMS (The Minerals, Metals & Materials Society). 2015. Florida: John Wiley & Sons, lnc.

Gaz Girisi Gaz Çikisi

Claims (13)

ISTEMLER

1. Saf skandiyum metali üretim metodu olup, özelligi; a) (NH4)2NaScFs formundaki skandiyum bilesiginden, SCF3 bilesigi elde edilmesi, b) elde edilen SCF3 bilesigine, erime sicakligini düsürmek üzere, CaCI2 ve/veya MgCl2 ilave edilmesi sonucu, skandiyum tuz karisimlarinin elde edilmesi, c) elde edilen skandiyum tuz karisimlarinin, ergimis tuz elektrolizi yöntemi ile elektroliz islemine tabi tutulmasi, islem adimlarini içermesidir.

2. Istem 1'e uygun üretim metodu olup, özelligi; a islem adiminda bahsedilen ScF3 bilesiginin, o (NH4)2NaScFe formundaki skandiyum bilesiginin, HCI ile sulu ortamda reaksiyona sokulup, bünyesindeki (NH4) ve Na'un CI ile birlikte uzaklastirilmasi islem adimi ile elde edilmesidir.

3. Istem 1'e uygun üretim metodu olup, özelligi; (NH4)2NaScF6 formundaki skandiyum bilesiginin, HCI ile, 25-95 ((3 sicaklikta, 1-6 saat araliginda reaksiyona girmesidir.

4. Istem 1'e uygun üretim metodu olup, özelligi; b islem adiminda bahsedilen SCF3 bilesigine CaClz ilave edilmesi ile SCFs-CaCIz skandiyum tuz karisiminin elde edilmesidir.

5. Istem 1'e uygun üretim metodu olup, özelligi; b islem adiminda bahsedilen SCF3 bilesigine MgCI2 ilave edilmesi ile 8053- MgCI2 skandiyum tuz karisiminin elde edilmesidir.

6. Istem 1'e uygun üretim metodu olup, özelligi; b islem adiminda bahsedilen SCF3 bilesigine CaCl2.MgCl2 karisiminin ilave edilmesi ile Sch-CaCIz-MgCIz skandiyum tuz karisiminin elde edilmesidir.

7. Istem 1'e uygun üretim metodu olup, özelligi; c isleminde bahsedilen elektroliz isleminin; o skandiyum tuz karisiminin 800-1100“C sicakliga isitilarak eriyik hale getirilmesi, . elde edilen ergimis tuz banyosuna, anot ve katot vasitasiyla, 2-8 volt potansiyel fark araliginda elektrik akimi uygulanmasi, o uygulanan bu elektrik akimi ile, eriyikteki Sc+3 iyonlarinin, tuz karisimindan ayristirilarak, elektroliz hücresi tabaninda saf skandiyum metali halinde toplanarak elde edilmesi, islem adimlarini içermesidir.

8. Istem 7rye uygun üretim metodu olup, özelligi; % 0,2-0,8 oraninda skandiyum içeren alüminyum-skandiyum alasimlari ya da % 1-20 oraninda skandiyum içeren alüminyum- skandiyum mastir alasimlari elde edilmek istendiginde; o elektroliz hücresi tabanina alüminyum metali eklenmesi, o alüminyum metali üzerine, skandiyum tuz karisiminin eklenmesi, . alüminyum metalinin, ve, florürIü-klorürlü skandiyum tuz karisiminin 800-1100 cC sicakliga isitilarak eriyik hale getirilmesi, . elde edilen ergimis tuz banyosuna, anot ve katot vasitasiyla, 2-8 volt potansiyel fark araliginda elektrik akimi uygulanmasi, o uygulanan bu elektrik akimi ile, sivi halde bulunan alüminyum-skandiyum alasiminin, sivi halde bulunan eriyik florür-klorürlü tuz karisimindan ayristirilmasi sonucu alüminyum-skandiyum alasimi elde edilmesi, islem adimlarini içermesidir.

9. Istem 81e uygun üretim metodu olup, özelligi; bahsedilen skandiyum tuz karisimi, Sch- CaClz, ScFa-MgCIz veya ScFa-CaCIz-MgClz dür.

10. Istem 87e uygun bir üretim metodu üretim metodu olup, özelligi; bahsedilen anot malzemesi, grafit oldugunda; floro-karbon gazi veya karbon monoksit-karbon dioksit gazi açiga çikmasidir.

11. Istem 10Ya uygun bir üretim metodu olup, özelligi; karbon monoksit-karbon dioksit gazi açiga çikmasi istendiginde; o tuz karisimi içerisine agirlikça orani toplamda %10'u geçmeyecek sekilde 80203 ya da AI203 bilesikleri ilave edilerek skandiyum oksidin Sol'3 ve O'2 iyonlari halinde, alüminyum oksidin ise AI+3 ve O'2 iyonlari halinde erimis tuz fazi içerisinde çözündür'ulmesi, o devreye uygulanan potansiyel farkin 6 voltu geçmeden, sadece 0'2 iyonlarinin yükseltgenmesini saglayacak sekilde kontrol edilmesi, islem adimlarini içermesidir.

12. Istem 8ie uygun bir üretim metodu `üretim metodu olup, özelligi; bahsedilen anot malzemesi; F' ile etkilesime girmeyen kararli bir anot malzemesi oldugunda, F2 gazi; O' ile etkilesime girmeyen kararli bir anot malzemesi oldugunda 02 gazi açiga çikmasidir.

13. Istem 12'ye uygun bir üretim metodu üretim metodu olup, özelligi; 02 gazi açiga çikmasi istendiginde; o tuz karisimi içerisine agirlikça orani toplamda %10'u geçmeyecek sekilde SC203 ya da AI203 bilesikleri ilave edilerek skandiyum oksidin SC+3 ve 02 iyonlari halinde, alüminyum oksidin ise AI*3 ve O'2 iyonlari halinde erimis tuz fazi içerisinde çözünd'ur'ulmesi, o devreye uygulanan potansiyel farkin 6 voItu geçmeden, sadece 0'2 iyonlarinin yükseltgenmesini saglayacak sekilde kontrol edilmesi, islem adimlarini içermesidir.